摘要
等离子体是具有高电能的离子化气体，常被认为是物质的第四种状态。等离子体有分为热等离子体和低温等离子体。其中低温等离子体(LTP)因其能产生大量的活性物质（如·OH、O2-、H2O2、O3和带电粒子）和维持较低的整体温度，对温度敏感的生物体具有很好的兼容性，所以在农业、畜牧业、微生物和生物医学方面具有广泛的应用前景。虾青素是一种具有着色、抗氧化、保健等多种功能的酮类胡萝卜素，被广泛应用于水产养殖、食品、化妆品、保健、制药等行业。在自然界中，许多生物可以合成虾青素，如细菌、真菌、植物和微藻等。其中，雨生红球藻是虾青素积累量最高的微藻。虽然人们已经开发了很多技术方法用于改善雨生红球藻的虾青素积累水平，但生长速度缓慢仍是雨生红球藻大规模应用的主要限制因素。因此雨生红球藻的生长速率和虾青素产量是这一领域的技术关键。在本学位论文中，先从光合作用能力、色素和脂质组成及基因的转录表达水平等方面比较分析了强光胁迫下雨生红球藻高产虾青素的机制，随后探索了低温等离子体技术刺激雨生红球藻生长和虾青素积累的条件，并利用转录组学方法结合叶绿素荧光和免疫分析，探讨了低温等离子体诱导雨生红球藻刺激效应的潜在机制。此外，还初步探讨了低温等离子体诱导氧化胁迫引起雨生红球藻不同生物学效应及相关机制，又以真核模式生物产朊假丝酵母为研究对象，从细胞形态、细胞死亡方式及体内氧化还原状态变化等方面，进一步探究了低温等离子体诱导氧化胁迫引起细胞产生不同生物学效应及其机制。论文主要研究成果归纳如下: 1、通过转录组测序和代谢分析，研究由低温等离子体诱变获得的高产虾青素的雨生红球藻突变株M3，揭示了强光胁迫下高产虾青素的M3突变株与WT藻株之间虾青素积累产生差异的原因。结果显示:M3藻株通过增加磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、苹果酸脱氢酶(MDH)、苹果酸脱氢酶(ME)、核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活化酶(RCA)和甘油醛3-磷酸脱氢酶（GAPDH）的表达水平，而提高了CO2的利用效率，为类胡萝卜素和脂肪酸的生物合成提供了前体。色素分析、叶绿素荧光分析和实时荧光定量PCR分析表明，M3藻株通过调节叶绿素呼吸途径和提高非光合色素（叶黄素、β-胡萝卜素和虾青素）含量来缓解光氧化损伤，从而维持较高的光合活性。总之，从头转录和生理数据的结合分析不仅为更好地了解WT和M3藻株虾青素生物合成的差异提供了必要的信息，也为将来雨生红球藻的基因工程研究提供了必要的信息。 2、利用LTP处理雨生红球藻，优化了低温等离子体刺激雨生红球藻生长和虾青素积累的条件。利用分光光度法对比监测了不同时间低温等离子体处理的雨生红球藻细胞的生物量和细胞数量的变化规律，结果显示:雨生红球藻的生长随着低温等离子体作用时间的增加呈现先增加后减少的趋势。说明短时低温等离子体能刺激雨生红球藻生长和促进雨生红球藻后期虾青素积累。 3、探究了低温等离子体刺激雨生红球藻生长和虾青素积累的机制，通过叶绿素荧光和生化指标测定发现，低温等离子体诱导了雨生红球藻体内活性氧(ROS)的积累，提高了体内抗氧化酶如过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽还原酶(GR)的酶活性，强化了光合作用过程的氧化还原的动态平衡，抑制了雨生红球藻体内ROS大量积累给其带来的不可逆损伤。通过转录组学分析发现，低温等离子体诱导了雨生红球藻体内植物激素合成代谢、转运和信号转导等相关基因的表达差异，表明低温等离子体可能通过改变雨生红球藻体内激素含量，进而促进雨生红球藻生长和后期虾青素的积累。植物激素酶联免疫反应实验证实了这一判断:低温等离子体诱导了雨生红球藻体内独角金内脂含量增加和脱落酸含量减少，说明植物激素是低温等离子体刺激雨生红球藻生长和虾青素积累的一个重要机制。该工作为提高雨生红球藻生物量和虾青素产量提供了一个新的技术，也为植物激素在雨生红球藻生长和虾青素积累作用提供了一个新的认识。 4、初步研究了低温等离子体诱导氧化胁迫作用。研究结果表明，低温等离子体会诱导雨生红球藻和产朊假丝酵母细胞遭受不同程度的氧化胁迫，从而产生不同的生物学效应（如刺激效应、诱变效应等）。进一步以模式微生物产朊假丝酵母为研究对象，探究了低温等离子体诱导氧化胁迫作用和效应。结果表明:不同低温等离子体处理时间会诱导细胞发生不同程度的氧化应激，从而导致不同程度的状态变化，包括细胞氧化还原状态的变化、线粒体等亚细胞变化等。
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